PCI Express – מה, למה ואיך?

PCI Express – מה זה בעצם?

אי שם בשנות השמונים המוקדמות פרצה IBM לעולם עם שוק חדש לחלוטין – המחשוב הביתי. בתחילה, המחשב שסיפקה IBM הספיק לרוב הפעולות הביתיות הבסיסיות אף עד מהרה רצו ארגונים ומוסדות מחקר שונים להוסיף פונקציות נוספות למחשב הביתי הפשוט של IBM, וכך נולד לו תקן ה-ISA (ר"ת: Industry Standard Architecture) – התקן הראשון אשר הגדיר את האפשרות של הוספת כרטיסים אלקטרוניים לתוספת תכונות למחשב הביתי. תקן ה-ISA הצליח להגדיר גם הוא תחום חדש לחלוטין בתעשיית המחשוב הביתי; תקן זה שהיה מצוין בשעתו הצליח למצות את מלוא יכולתו (מבחינת מהירות ורוחב פס) תוך כעשר שנים – עם הדרישה ליותר משאבים וההתפתחות הטכנולוגית, של המחשב הביתי. את מקומו תפס בתחילת שנות ה-90 תקן ה-PCI (ר"ת: Peripheral Component Interconnect), שנתן יותר מרחב מחייה עבור יצרני הכרטיסים, בכך שנתן יותר מהירות, יותר רוחב פס ותפס פחות מקום על לוח האם.
אך כידוע, כמו כל דבר בתעשיית המחשבים, גם התפתחות זו הייתה זמנית ועד מהרה נדרש שקע חדש עבור תחום חדש שהלך והתפתח במחצית השניה של שנות ה-90, משחקי המחשב. משחקים אלו דרשו יותר ויותר יכולות עיבוד גרפי, יותר מאשר עיבוד מתמטי פשוט. חריץ ה-AGP המיוחד נולד מתוך צורך מיוחד זה ויועד אך ורק על מנת להאיץ את כרטיס המסך ואת הגישה שלו למעבד הראשי והזיכרון (ומכך גם שמו, Accelerated Graphic Port).
כרטיסי המסך השונים החלו לתפוס תאוצה בשנים לאחר הוצאת ה-AGP ובעצם הביאו את תעשיית המעבדים הגרפים להיכן שהיא נמצאת כיום, כאשר את רוב הונן חייבות ATi ו- לתקן זה ולאפשרויות הגלומות בו.
במהלך שנים אלו כמעט וחדל ה-PCI מלהתפתח, כאשר לא הייתה דרישה ליותר רוחב פס עבור הכרטיסים הביתיים; לעומת זאת, שרתים דווקא דרשו יותר רוחב פס לכרטיסי הרחבה שונים כגון כרטיסי RAID וכרטיסי רשת מהירים – כך נולד תקן ה-PCI-X. תקן זה, שהיה נפוץ בשנים האחרונות עבור השרתים בלבד סיפק צרכים ספציפיים אלו.
הקפיצה הטכנולוגית הבאה באה שוב מתחום יצרניות המעבדים הגרפים, שהרגישו כי ניצלו את כל רוחב הפס שיכל ה-AGP להציע – והחליטו שוב להתקדם ולהחליף תקן תקשורת לכרטיסי הרחבה וכך הגיע תקן ה-PCI-Express למחשב הביתי. תקן זה, אשר אמור לעשות מהפכה לא קטנה במבנה לוחות האם, החל לצוץ כבר לפני כמה שנים בשוק השרתים, ולפני כשנה הגיע גם למחשבים האישיים.
 התקן החדש עורר כמה מההתפתחויות החשובות ביותר במחשוב הביתי בזמן האחרון, כאשר עיקרו הוא הגמישות שלו, ובזכות תכונה זו הצליחו חברות רבות ליצור טכנולוגיות תקדימיות כמו ה-SLI וה-CrossFire (שימוש בשני כרטיסי מסך במקביל), וכמובן כרטיסי הרחבה מהירים יותר כגון כרטיסי טלוויזיה בעלי רזולוציה גבוהה וכרטיסי רשת מהירים במיוחד.

PCI-Express – איך זה עובד?


תקן זה, שכאמור הוא האחרון בגלגוליו של מחבר כרטיס ההרחבה, הוא מבחינת מחשבה חדשה על כל תחום התקשורת בין הרכיבים בלוח. בעוד קודם לכן התקשורת בין הרכיבים השונים הייתה מקבילית (כלומר כמה קווי תקשורת בין רכיב לרכיב המשדרים וקולטים במקביל), ה-PCI-Express הופך את התקשורת הזו לטורית בנוסף למקבילית (כמה קווי תקשורת המשדרים וקולטים לסירוגין). לכאורה, נראה כי התקשורת הטורית יעילה פחות מהמקבילית, שכן נראה כי יותר מידע עובר בצורה מקבילית מאשר בשיטה הטורית העושה שימוש בפחות קווי תקשורת, וכן משתמשת באותם הקווים עבור תקשורת בשני הכיוונים.
אך פיתוחים טכנולוגיים בשנים האחרונות הצליחו להוכיח את ההפך הגמור – בעוד ישנה מגבלה במהירות שבה ניתן לשדר על גבי קווי התקשורת המקבילים (מבחינת הפרעות והמרחק בין הקווים), קווי התקשורת הטוריים אינם מוגבלים באותו אופן, שכן יש צורך בפחות קווי תקשורת ולכן ניתן להגיע למהירות תעבורת מידע גבוהה יותר. דוגמה לכך ניתן לראות בהשוואה בין חיבורי המדפסות המקבילים הישנים, לבין חיבורי ה-USB הנוכחיים (הטוריים), כאשר בחיבור ה-USB ניתן לראות גמישות רבה יותר ותוספת תכונות לעומת החיבור המקבילי הישן, שלא לדבר על תוספת המהירות הניכרת.
ה-PCI-Express מביא גישה חדשה שונה לגמרי עבור תקשורת הרכיבים, גישה זו דומה יותר לגישה שאנו מוצאים ברשתות מחשבים גדולות כגון האינטרנט. בגישה זו נארז המידע באריזות מידע קטנות (Packets) ומשודר בתוספת ביטים עבור כתובות שונות ובדיקות שגיאה עבור המידע המצוי ב-Packet. חבילות מידע אלו משודרות במהירות גבוהה הרבה יותר מאלו המשודרות ברשת הביתית שלכם, ויוצרות את היתרון הגדול של ה-PCI-Express מול שאר שיטות התקשורת על גבי לוח האם – כל חבילת מידע יכולה להיות מועברת לכל רכיב ביעילות רבה יותר. גישה זו לתקשורת נתונים בלוח האם הופכת למעשה את הגשר הדרומי לרכיב רשת שנקרא Switch המנתב את חבילות המידע בין רכיב לרכיב. תכונה זו מאפשרת את טכנולוגיות ה-SLI וה-CrossFire (שימוש בשני כרטיסי מסך במקביל על אחד) שכן גם ATI וגם nVIDIA נסמכות על האפשרות של מעבר מכרטיס לכרטיס באופן יעיל ומהיר, תוך אפשרות לשלוט במידע המגיע מכל אחד מהם בנפרד.
ארכיטקטורה זו של תקשורת מאשפרת גמישות רבה במיקום הפיזי של חריצי ההרחבה של ה-PCI-Express וכן מאפשרת צימוד של כמה חריצים על מנת ליצור ערוץ תקשורת בעל רוחב פס גדול יותר מכמה חריצים המסודרים מזה אחר זה. כרטיסי המסך הנוכחיים עושים שימוש בכמה מחברים של PCI-Express המסודרים בשורה, ויוצרים למעשה מחבר יחיד המאפשר העברת רוחב פס גדול פי 16 ממחבר יחיד.


אז למרות שתקן ה-PCI-Express כבר אינו חדש ומצוי בשוק הרחב כבר יותר משנה, עדיין אין אנו רואים נהירה של יצרניות כרטיסים ולוחות אם אל תקן זה. נכון, כרטיסי המסך ורוב לוחות האם החדשים הנמכרים כיום מגיעים עם חריץ זה, אך עדיין קשה למצוא כמה מוצרים שהובטחו לנו, עם יציאת התקן, בחנויות.
כרטיסי התומכים ב-PCI-Express (למרות שהוכרזו) לא נמצאים עדיין במלאי בחנויות, כרטיסי עריכת וידיאו אפילו לא הוכרזו (למרות שצפויים כאלו) וכן אין אנו רואים כרטיסי קול איכותיים או כרטיסי בתקן זה.
שוק המחשבים למעשה "מפחד" לעזוב את ה-PCI ששירת אותו נאמנה כל כך הרבה זמן ולשים את כל הכסף על ה-PCI-Express, בדומה לתקופה בה התבצע המעבר ל-PCI מתקן ה-ISA שהתישן. עד היום לא נמצאה הצדקה להעביר רבים מהכרטיסים לתקן זה, שכן עד היום סיפק ה-PCI את כל רוחב הפס שהכרטיסים היו זקוקים לו, אך עם התקדמות הטכנולוגיה ופלישת המחשב הביתי לתחומים נוספים של מולטימדיה – אולי רק אז נראה מעבר כולל אל ה-PCI-Express.
השימוש העתידי ל-PCI-Express יכול להיות בטכנולוגיה שהייתה אולי הכי מדוברת באמצע שנות התשעים – ה-Virtual Reality. עד היום, כל שניסתה להשיג אפקט זה נחלה כישלון או כלכלי או טכנולוגי, אך עם כרטיסי המסך המתקדמים של העתיד והמעבדים מרובי הליבה, הדורות הבאים יוכלו לאפשר יישום איכותי של רעיון טכנולוגי זה.


כרטיס X800XL מתוצרת ATi בתקן PCI-Express


הגב

avatar